(57)【要約】【課題】素子機能部を取り囲むようにして所定の空間を形成した封止構造を適用した上で、パッケージサイズを縮小することを可能にした電子部品装置を提供する。【解決手段】本発明の電子部品装置は、素子機能部１を有する素子基板３と、前記素子機能部１を取り囲むようにして形成されたダム８と、前記ダム８と接合され、その内側に空隙１０を形成するキャップ９と、前記素子基板３に搭載され、且つ前記素子基板３と電気的に接続された回路基板５と、前記素子基板３を封止する封止樹脂１１とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子機能部を有する素子基板と、
前記素子機能部を取り囲むようにして形成されたダムと、
前記ダムと接合され、その内側に空隙を形成するキャップと、
前記素子基板が搭載され、且つ前記素子基板と電気的に接続された回路基板と、
前記素子基板を封止する封止樹脂と
を具備することを特徴とする電子部品装置。
【請求項２】
前記素子基板と前記回路基板とは、ボンディングワイヤを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品装置。
【請求項３】
前記素子基板と前記回路基板とは、金属バンプを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品装置。
【請求項４】
前記ダムは、平均粒径２〜３０μｍのスペーサを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子部品装置。
【請求項５】
前記素子基板はキャビティ構造を有し、前記素子機能部の裏側に中空部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＦＢＡＲフィルタ等を気密的に封止することが可能な電子部品装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＷフィルタやＦＢＡＲフィルタにおいては、通常の半導体装置と同様に、外界の影響から素子機能部を保護するために封止構造が採用されている。ただし、ＳＡＷフィルタやＦＢＡＲフィルタはその動作特性から、素子機能部を取り囲むようにして所定の空間を形成しなければならない。このような点に対して従来の封止構造としては、以下に示す構造が挙げられる。例えば、特許文献１には、図５に示すように、パッケージ５１にＳＡＷチップ５２をダイボンド材５３により載置固定し、ＳＡＷチップ５２の入出力信号端子（電極パッド）５４とワイヤパッド５５をＡｕまたはＡｌ等の細線からなるボンディングワイヤ５６により電気的に接続し、さらにキャップ５７でパッケージ５１の上から気密封止する構造が記載されている。
【特許文献１】特開平７−２１２１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したような従来の封止構造は、キャップとボンディングワイヤとのショート不良を避けるためにワイヤスペースを確保する必要があり、ＳＡＷチップに比べて大型のパッケージが必要となる。このため、パッケージの面積及び体積が大きくなり、近年のパッケージサイズの小型化要求に対応できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、素子機能部を取り囲むようにして所定の空間を形成した封止構造を適用した上で、パッケージサイズを縮小することを可能にした電子部品装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る電子部品装置は、素子機能部を有する素子基板と、前記素子機能部を取り囲むようにして形成されたダムと、前記ダムと接合され、その内側に空隙を形成するキャップと、前記素子基板が搭載され、且つ前記素子基板と電気的に接続された回路基板と、前記素子基板を封止する封止樹脂とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様に係る電子部品装置は、素子機能部が形成された素子基板に所定の高さに調整可能なダムを設け、このダムにキャップを接合し素子機能部を取り囲むように封止しているので、素子機能部の動作特性に必要な所定の空間を形成した上で、パッケージサイズを縮小することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子部品装置の断面を示す断面図である。
【０００９】
同図に示す電子部品装置において、素子機能部１と、この素子機能部１と配線を介して接続された電極パッド２が、Ｓｉ基板からなる素子基板３に形成されている。素子基板３はキャビティ構造を有し、素子機能部１の裏側には中空部４が設けられている。この中空部４を下から封止するようにして、回路基板５がエポキシ系のダイボンド材６で素子基板３と機械的（構造的に）接合されており、さらにボンディングワイヤ７を介して回路基板５と素子基板３とが電気的にも接続されている。一方、素子機能部１は、その周囲をダム８で取り囲まれている。このダム８にはキャップ９が接合されており、素子機能部１の上方に空隙１０が形成されるように素子機能部１を封止している。そして、封止樹脂１１によって、被覆されている。なお、回路基板５の裏面には、外部電極１２が設けられており、ボンディングワイヤ７を介して素子機能部１と外部との電気信号の入出力が行われる。このような電子部品装置において、ダム８は、素子基板３とキャップ９とを構造的（機械的）に接合し、さらには封止樹脂１１の進入を防止する。
【００１０】
素子機能部１は、圧電体膜の上下を電極で挟んだＦＢＡＲフィルタである。上下の電極間に電気信号を印加することにより、圧電体膜内にバルク波を発生させて共振する。具体的には、素子機能部１の一方の電極に電気信号を印加し、これをバルク波に変換して圧電体膜内を伝達させる。さらに、素子機能部１のもう一方の電極に到達したバルク波は再度電気信号に変換されて外部に取り出すことができる。素子機能部１における上下の電極の材料となる金属は、Ａｌ（アルミニウム）あるいはＡｌを主成分とする合金からなる。後者の場合、銅又はシリコン等を添加することができる。
【００１１】
素子基板３は、キャビティ構造を有し、素子機能部１の裏側には中空部４が形成されている。この中空部４は、素子機能部１と反対側の面からＲＩＥ法等により素子基板３に設けられる。この中空部４を設けることで素子機能部１の動作特性が確保される。中空部４は、素子基板３の厚さと同一であり、１５０μｍ程度である。さらに、素子機能部１には、その上方をダム８で取り囲むようにして封止された空隙１０が形成されている。
【００１２】
ダム８は、素子機能部１を取り囲むようにして空隙１０を形成し、封止樹脂１１の進入を防止する機能を有する。ダム８は、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又はフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂で形成することができる。なお、ダム８の構成材料としては、はんだ、金錫等の低融点金属、又は低融点金属と熱硬化性樹脂との組み合わせ等も適用することが可能である。さらに、空隙１０は、ダム８の高さによって決定される。ダム８の高さとしては、２〜１０μｍの範囲が好ましい。このような所定の高さにするために、ダム８は、例えば、熱硬化性樹脂に、スペーサとして例えばシリカ、アルミナ等の球状微粒子を混合して作製されることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、キャップ９を接合する際に樹脂がキャップ９に密着し、その後の加熱工程により両者が容易に接着することができることからＢステージ可能な樹脂が好ましい。一方、スペーサの平均粒径としては、２〜３０μｍの範囲が好ましい。粒径が２μｍ未満であると、ダム８に接合したキャップ９に加圧を施した場合に、ダム８が潰れてしまい所定の高さを維持することができない。粒径が３０μｍを越えると、例えば、スクリーン印刷で素子基板３上に塗布してロ字状のダムを形成する場合にマスクの目詰まりの原因となる。このようにして熱硬化性樹脂にスペーサを加えることで、製造工程において圧力を加えて加熱する際に、ダム８に接合されたキャップ９を加圧してもダム８が潰れることなく形状を維持することが可能であり、素子機能部１上方に素子機能部１から高さ２μｍ程度の空隙１０を形成することができる。
【００１３】
ボンディングワイヤ７は、ＡｕまたはＡｌ等の細線からなり、素子基板３上の電極パッド２と回路基板５上のワイヤパッド１３とを結線する。このボンディングワイヤ７を介して、電極パッド２と配線で接続された素子機能部１と外部との電気信号の入出力がされる。
【００１４】
回路基板５は、電気信号を外部と入出力する役割をもつ基板であって、外部からの力、湿気、水等から素子機能部１を保護し、更に形体を形作るための基礎をなすものである。回路基板５には銅張り積層板を使用し、銅箔上には配線パターンが形成されている。また、回路基板５裏面には、金属メッキによりＮｉ膜及びＡｕ膜を積層して形成された外部電極１２が設けられており、この外部電極１２は、回路基板を貫通して設けた導体を介してワイヤパッド１３と接続されている。ワイヤパッド１３は、外部電極１２と同じＮｉ膜及びＡｕ膜からなる積層膜である。
【００１５】
封止樹脂１１は、素子基板３、キャップ９及び回路基板５で構成される複合体を環境ストレス及び機械的ストレスから保護する機能を有する保護膜である。封止樹脂１１として、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。
【００１６】
上述したような電子部品装置は、例えば以下のようにして作製される。
【００１７】
まず、素子機能部１が形成された素子基板３（厚さ１５０μｍ）上に、電極パッド２、及び素子機能部１と電極パッド２とを接続する配線をスパッタ法で形成する。具体的には、マグネトロン型スパッタリング装置を用いて、素子基板３上に膜厚数百ｎｍ程度のＡｌ膜を成膜する。このＡｌ膜上にレジスト膜を形成し、ホトリソグラフィ法でレジスト膜を露光・現像する。そして、このレジスト膜をマスクとしてＡｌ膜を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法で選択的にエッチングする。次いで、素子機能部１と反対側の面からＲＩＥ法により素子基板３に開口を設ける。
【００１８】
次に、素子機能部１の周囲を取り囲むようにして、素子基板３上のダム８形成位置にスクリーン印刷法を用いてダム材料をロ字状に塗布する。ダム材料は、粒径５±１μｍのシリカからなるスペーサをエポキシ樹脂に加えて作製する。塗布されるダム８の高さとしては、４〜６μｍが好ましい。
【００１９】
１００℃以下の低温で乾燥後、Ｂステージ状態のダム８にＳｉ基板からなるキャップ９（厚さ１００μｍ前後）を当接して仮付けする。
【００２０】
一方、配線パターンが形成された銅張積層板（銅箔０．０２８ｍｍ）からなる回路基板５において、ワイヤパッド１３を形成する。具体的には、配線パターンを有する回路基板５に、金属メッキによりＮｉ膜及びＡｕ膜を積層してワイヤパッド１３を形成する。次いで、ワイヤパッド１３が形成された所定位置を貫通させて、スルーホールを形成し導体を設ける。なお、回路基板５裏面には、ワイヤパッド１３と同様にして外部電極１２が形成されており、この導体と接続する。
【００２１】
続いて、キャップ９を仮付けした素子基板３を、素子基板３に設けられた開口を封止するようにしてエポキシ系のダイボンド材６で回路基板５に仮付けする。なお、ここでは、ダイボンド材６にエポキシ樹脂を用いたが、はんだ、金錫等の低融点金属、又は低融点金属と熱硬化性樹脂の組み合わせ等を適用することも可能である。
【００２２】
この後、素子基板３、キャップ９及び回路基板５で構成される複合体を加熱して、キャップ９及び回路基板５を素子基板３にそれぞれ接合する。熱硬化性樹脂を有するダム８の熱硬化成分が硬化温度まで加熱されることにより、厚さ５μｍ、幅１０μｍの枠体のダム８が形成される。ダム８は、空隙１０への封止樹脂１１の進入を防止するとともに、素子基板３とキャップ９とを構造的(機械的)に接続する。上記した複合体の加熱は、プレス設備を用いて適度な圧力を加えながら実施してもよいし、また恒温炉やホットプレート等を用いて、必要に応じておもり等で加圧しながら実施してもよい。
【００２３】
このようにしてキャップ９及び回路基板５を素子基板３にそれぞれ接合した後、電極パッド２とワイヤパッド１３とをボンディングワイヤ７（Ａｕ線）で結線する。このワイヤボンディングを行うことにより、素子基板３と回路基板５とが電気的に接続される。すなわち、電極パッド２と配線を介して接続された素子機能部１と、ワイヤパッド１３と接続された外部電極１２とが電気的に接続される。
【００２４】
ワイヤボンディングを行った後、熱硬化性樹脂（封止樹脂）を用いて回路基板５の外部電極１２が形成された裏面を露出させるようにして封止する。具体的には、エポキシ樹脂を塗布し、所定の熱処理を加えて塗布した樹脂を硬化させることで、素子基板３は樹脂によって被覆される。その際、キャップ９と素子基板３との間にはダム８が形成され、素子機能部１の周囲がダム８で囲われているため、封止樹脂１１はキャップ９と素子基板３との隙間に入り込むことはなく、素子機能部１の動作特性は保護される。
【００２５】
このようにして、素子機能部１上方をキャップ９で封止するとともに、素子機能部１の下方を回路基板５で封止した構造を得る。このような封止構造によれば、素子機能部１の上下が所定の空間によって保護され、その動作特性が損なわれることがない。
【００２６】
すなわち、第１の実施形態に示すように、素子機能部１にＦＢＡＲフィルタを適用した場合には、素子機能部１を振動させるための空間が必要となるが、この実施形態によれば、その上下に封止された空間を形成することができる。
【００２７】
さらに、ダム８として、熱硬化性樹脂にスペーサを加えて、その高さを２〜１０μｍの範囲に調整することによって、素子機能部１上方に２μｍ程度の空隙１０を形成し、素子機能部１に限りなく近いサイズでパッケージすることが可能である。すなわち、パッケージを小型化することができる。
【００２８】
上述した素子基板３と回路基板５との接合については、エポキシ樹脂等の容易に入手可能なダイボンド材を用いて比較的低温の装置で行うことができる。従って、高価で特殊な設備等は必要としない。
【００２９】
また、キャップ９にＳｉ基板を適用しているため、温度変化に対して熱膨張係数を揃えることができ、反り等の変形に強い構造を得ることが可能となる。
【００３０】
ここで、図１は、素子機能部１を有する素子基板３の裏面全体にダイボンド材６を塗布して回路基板５と接合する構造を示したが、図２に示すように、素子機能部１の裏側に設けられた開口を、素子基板３の裏面に形成されたダム２１にＳｉ基板からなる半導体基板２２（厚さ１００μｍ）で封止して中空部２３を形成する構造を用いてもよい。このようにして素子機能部１の裏側に中空部２３を形成することで、製造工程においてダイボンド材６が素子機能部１に付着することがなく、素子機能部１を保護することができる。なお、素子基板３の裏面に形成されるダム２１は、上述したダム８と同様のものを用いる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図１に示した電子部品装置と同一の要素については、同一の符号を付して示す。
【００３２】
図３に示す第２の実施形態の電子部品装置は、第１の実施形態と同様に、素子機能部１と、この素子機能部１と配線を介して接続された電極パッド２がＳｉ基板等からなる素子基板３上に形成されている。この素子基板３はキャビティ構造を有し、半導体基板３で開口を封止するように中空部３１が形成されている。素子基板３に設けられた電極パッド２には、金属バンプ３３が形成されている。一方、回路基板５には、配線パターンが形成されており、金属バンプ３３を介して素子基板３の電極パッド２と対向するように配置されている。そして、封止樹脂１１によって素子基板３が封止されている。なお、回路基板５の裏面には、外部電極１２が設けられており、金属バンプ３３を介して素子機能部１と電気信号の入出力がされる。このように素子基板３と回路基板５との接合に、フリップチップボンディングを適用することにより、金属バンプ３３を介して素子基板３と回路基板５とが電気的、且つ機械的（構造的）に接続される。
【００３３】
図４（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した電子部品装置の製造方法を示す主な工程断面図である。図１に示した電子部品装置と同様な要素については、詳細な説明を省略する。
【００３４】
まず、素子機能部１が形成された素子基板３上に電極パッド２、及び素子機能部１と電極パッド２とを接続する配線をスパッタ法で形成する。次いで、素子機能部１と反対側の面からＲＩＥ法により素子基板３に開口を設け、この開口を、エポキシ系ダイボンド材３４を介して半導体基板３２（Ｓｉ基板）で封止して中空部３１を形成する。
【００３５】
次に、素子機能部１の周囲を取り囲むようにして、素子基板３上のダム８形成位置にスクリーン印刷でダム材料をロ字状に塗布する。  
このダム８上にＳｉ基板からなるキャップ９（厚さ１００μｍ前後）を当接して仮付けする。
【００３６】
図４(ａ)に示すように、素子基板３上の電極パッド２（Ａｕ膜）に金属バンプ３３を形成する。具体的には、フラックスを用いて、はんだ製の金属バンプ３３を電極パッド２に搭載する。この際、電極パッド２付近を加熱することにより、金属バンプ３３と電極パッド２との接着性を向上させることができる。金属バンプ３３の高さは１００〜１５０μｍ程度が好ましい。
【００３７】
一方、配線パターンが形成された銅張積層板（銅箔０．０２８ｍｍ）からなる回路基板５上において、金属メッキによりＮｉ膜及びＡｕ膜を積層して電極パッド３５を形成する。次いで、電極パッド３５が形成された所定位置を貫通させて、スルーホールを形成し導体を設ける。回路基板５裏面には、この導体と接続され、且つ電極パッド３５と同様にして形成された外部電極１２が設けられている。
【００３８】
続いて、図４（ｂ）に示すように、素子基板３と回路基板５とを金属バンプ３３を介して対向配置して仮付けする。すなわち、素子機能部１と配線を介して接続された素子基板３上の電極パッド２と、回路基板５上の電極パッド３５とを金属バンプ３３を介して当接する。
【００３９】
この後、素子基板３及び回路基板５で構成される複合体を、圧力を加えながら加熱して、金属バンプ３３を溶融させて素子基板３と回路基板５とを接合する。複合体の加熱は、プレス設備を用いて適度な加圧力を加えながら実施してもよいし、また恒温炉やホットプレート等を用いて、必要に応じておもり等で加圧しながら実施してもよい。このようにして素子基板３と回路基板５との間の金属バンプ３３が加熱されて溶融し、素子基板３と回路基板５が強固に接続される。なお、金属バンプ３３を電極パッド２に形成した際に、位置ずれや厚み等の局所的なバラツキがある場合でも、金属バンプ３３が溶融した際の表面張力によって球状化するセルフアライメント機能により、適切な形状（高さ）に変形することができる。
【００４０】
回路基板５と素子基板３を接合した後、素子基板３及び回路基板５で構成される複合体について、熱硬化性樹脂を用いて回路基板５の外部電極１２が形成された裏面を露出させるようにして樹脂封止し、図４（ｃ）に示す電子部品装置が形成される。なお、ここでは、個々の電子部品装置の製造方法を示したが、本発明の電子部品装置を効率よく量産する場合には、封止樹脂の上からダイシング装置によって所定箇所で切断して個片化し、図１の構造をもつ電子部品装置を形成する。
【００４１】
このような封止構造を有する電子部品装置によれば、素子機能部１の上下が所定の空間によって保護され、その動作特性が損なわれることがない。すなわち、ダム８が素子機能部１の周囲を囲むように形成されているため、封止樹脂１１が素子機能部１を被覆することがない。
【００４２】
さらには、スペーサを有する高さ調整可能なダム８で素子機能部１の動作特性に必要な空隙１０を形成することで、キャップ９と垂直な方向のサイズ縮小が実現できる。
【００４３】
本発明の電子部品装置によれば、２×１．５×０．５ｍｍまで小型、薄型化することが可能であった。
【００４４】
本発明の第１及び第２の実施形態における製造方法において、素子機能部１を有する素子基板３にダム８を形成したが、キャップ９にダム８を形成しても構わない。
【００４５】
以上、素子機能部１にＦＢＡＲフィルタを適用した場合について説明したが、その上方に空隙１０を必要とするＳＡＷフィルタ等を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態による電子部品装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す電子部品装置の一変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による電子部品装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した電子部品装置の製造方法を示す主な工程断面図である。
【図５】図５は、従来の電子部品装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…素子機能部、２…電極パッド、３…素子基板、４…中空部、５…回路基板、６…ダイボンド材、７…ボンディングワイヤ、８…ダム、９…キャップ、１０…空隙、１１…封止樹脂、１２…外部電極、１３…ワイヤパッド、２１…ダム、２２…半導体基板、２３…中空部、３１…中空部、３２…半導体基板、３３…金属バンプ、３４…ダイボンド材、３５…電極パッド、５１・・・パッケージ、５２・・・ＳＡＷチップ、５３・・・ダイボンド材、５４・・・電極パッド、５５・・・ワイヤパッド、５６・・・ボンディングワイヤ、５７・・・キャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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